Краткие теоретические сведения
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ Колебания, протекающие согласованно, называют когерентными. Для колебаний, близких к гармоническим, когерентность означает постоянную во времени разность фаз d. При сложении двух когерентных волн наблюдается явление интерферен- ции, заключающееся в том, что интенсивность I результирующей волны не равна сумме интенсивностей I1 и I2 складываемых волн: I ¹ I1 + I2. (3.1) Если разность фаз складываемых колебаний постоянна во времени и равна d, то I = I1 + I2 +2 cos d. Если d = 2kp (k - целое), то интенсивность максимальна, если d =(2k+1)p - минимальна. Очевидно Imax = ( + )2 (3.2) Imin = ( - )2 (3.3) Если I1 = I2 , то в минимуме Imin = 0 свет плюс свет дает темноту. Как правило, в разных точках пространства величина d имеет разные значения, и возникает чередование темных и светлых полос, называемое интерференционной картиной. Расстояние между соседними светлыми или соседними темными полосами (т.е. между соседними максимумами или соседними минимумами интенсивности) называют шириной интерференционной полосы. Разность фаз d определяется оптической разностью хода D: d = 2p / l0; D = L2 – L1 (3.4) где L1 и L2 – «оптические длины» двух лучей, идущих от источника до точки наблюдения, l0 - длина волны излучения в вакууме. Отрезку луча длиной 1 в среде с показателем преломления n соответствует оптическая длина L = nl. Для луча, прошедшего от точки А до точки В: L = (3.5) Условия интерференционного максимума и минимума: mах: D = k l0 , где k – целое число (3.6) min: D = (k + 1/2) l0 , где k – целое число (3.7) l0 - длина волны излучения в вакууме. В общем случае можно записать D = m l0 (3.8) Параметр m называют порядком интерференции. Целым m соответствуют максимумы интенсивности, полуцелым - минимумы. Изменению m на единицу соответствует переход на соседнюю интерференционную полосу.
Две плоские волны, с малым углом a между направлениями распространения, в плоскости, перпендикулярной среднему направлению распространения, дают интерференционную картину (рис.30) в виде чередующихся темных и светлых полос. Ширина полосы (расстояние между соседними минимумами или соседними максимумами): D x = l / a (3.9) Волны, пришедшие на экран Э от достаточно удаленных точечных источников S1 и S2 (рис.31), можно в области экрана Э считать плоскими. Очевидно, a = h/l, соответственно: (3.10) ТИПОВАЯ СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТА Как правило, на оптической скамье последовательно располагаются (рис 3.3): - устройства формирования пучка излучения; - изучаемый объект в плоскости Э1; - плоскость Э2, в которой формируется изучаемая интерференционная или дифракционная картина. Для наблюдений и измерений эта картина линзой микропроектора Л2 переносится с увеличением на экран ЭЗ. Расстояния между объектами в направлении распространения света определяются как разности координат z на линейке оптической скамьи. Характерные размеры объектов и распределений интенсивности в плоскостях Э1 и Э2 определяются как разности координат х или у в этих плоскостях. Мелкомасштабные объекты и распределения интенсивности измеряются с помощью микропроектора, параметры которого нужно определить в разделе «Калибровка микропроектора».
КАЛИБРОВКА МИКРОПРОЕКТОРА Калибровка заключается в определении поперечного увеличения линзы модуля 2. Для калибровки устанавливают модуль 2 в положение с координатой риски 650 мм, а перед ним - модуль 5 или другой элемент так, чтобы лазерный пучок расширился и осветил в объектной плоскости модуля 2 площадку диаметром 5-10 мм, при этом на экране фотоприемника будет освещена практически вся шкала. Размещая в кассете модуля 2 различные объекты, на экране фотоприемника получают их увеличенное изображение. Установите в кассете объект N:1 с калибровочной сеткой, цена деления h которой 1,00 мм. По шкале фоторегистратора определите координаты изображений нескольких штрихов сетки и найдите расстояние Н между соседними изображениями. Увеличение проекционного микроскопа: b = H/h (3.11)
Бипризма Бипризма - это два совмещенных клина с малым углом и между гранями (рис.3.4,а). Если пучок света падает на бипризму, то лучи, прошедшие через бипризму, будут разнесены на угол j = (n-1)q. Если свет выходит из точечного источника S, то после бипризмы получаем пучки света, выходящие из двух мнимых источников S1 и S2, разнесенных на расстояние: h= l1×j = l1(n-1)×q. (3.12) Поместив после бипризмы экран Э2 (рис.3.4,б), будем наблюдать на нем интерференционную картину в виде чередующихся темных и светлых полос. Ширина полосы Dх = l(l1 + l2)/h (3.13) Ширина зоны интерференции (область перекрытия пучков, прошедших через две половины бипризмы): Н = l2×j = h×l2/l1. (3.14) Количество полос в зоне интерференции N = H/Dх = h2×l2/(l×l2×(l1+l2)). (3.15)
©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|